[发明专利]一种高速激光器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高速激光器及其制作方法，该激光器包括衬底以及位于衬底上方的有源层，有源层包括下限制层、量子阱层和上限制层；有源层两侧分别为P型InP层和N型InP层，共同形成横向p‑i‑n结；P型InP层上方为P型InGaAs层，P型InGaAs层上方为P型电极层，N型InP层上方为N型电极层，横向注入电流；有源层上方为光栅层，表面光栅周期设计为激射波长与增益谱峰值波长具有负的失谐，失谐量为10‑20nm。本发明通过采用横向电流注入结构，降低了激光器寄生电容，利于高速调制应用；以及激射波长与增益谱峰值波长采用负的失谐设计提高微分增益从而提高带宽。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种高速激光器及其制作方法。

背景技术

通信系统和基于网络的多媒体应用(如视频流和云服务)的指数级增长推动了对低成本、低功耗和高带宽光收发器的需求，特别是用于数据中心内部和数据中心之间的光互连。直接调制激光器相比外调制激光器具有低功耗、低成本、小尺寸的优点，现已广泛地应用于数据中心应用。随着云计算等应用的快速发展，数据中心流量正在大幅度增长，要求直接调制激光器调制速率不断升级。

影响激光器调制带宽的因素主要有：驰豫振荡频率、阻尼效应以及芯片寄生参数。驰豫振荡频率f_r可表示为：

其中，v_g是群速度，q是电子电荷，Γ是有源区的光限制因子，η_i是内量子效率，dg/dN是微分增益，I_b是偏置电流，I_th是阈值电流，V是有源区体积。可知，提高微分增益有利于实现大的驰豫振荡频率。通过设置激射波长在增益谱峰值波长的左侧，可以实现大的微分增益。当忽略阻尼效应时，激光器小信号3dB带宽f_3dB＝1.55f_r。

常规的半导体激光器都是沿外延生长方向的p-i-n结构，为减小芯片寄生电容，常规的方法是采用苯并环丁烯(BCB)或聚酰亚胺电极填充工艺，导致工艺复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种高速激光器及其制作方法，可以有效的降低激光器寄生电容，同时降低工艺复杂度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高速激光器，包括衬底以及位于衬底上方的有源层，有源层包括下限制层、量子阱层和上限制层；有源层两侧分别为P型InP层和N型InP层，共同形成横向p-i-n结；P型InP层上方为P型InGaAs层，P型InGaAs层上方为P型电极层，N型InP层上方为N型电极层，横向注入电流；

有源层上方为光栅层，表面光栅周期设计为激射波长与增益谱峰值波长具有负的失谐，失谐量为10-20nm。

进一步，横向p-i-n结两侧为本征InP层，光栅层以及两侧的本征InP层上方均为氧化层。

进一步，氧化层为SiO₂层。

进一步，衬底为半绝缘InP衬底，量子阱层为AlGaInAs多量子阱层。

进一步，表面光栅为InP基光栅或硅基光栅。

一种高速激光器的制作方法，包括以下步骤：

在衬底上选择区域外延生长不掺杂的有源层，有源层包括下限制层、量子阱层以及上限制层；

二次外延生长不掺杂的InP层于有源层的两侧及上方，并分别通过Zn热扩散和Si离子注入，在有源区的两侧形成P-InP和N-InP区域，形成横向p-i-n结；

在P-InP上方选择区域生长重掺杂的P-InGaAs层；